[發明專利]土壤飽和含水量的測定裝置

有效

• 申請號: 201610206914.2
• 申請日: 2016-04-05
• 公開（公告）號: CN105699120B
• 公開（公告）日: 2018-03-13
• 發明（設計）人: 耿玉清;楊雨果;楊英;周紅娟;唐曉倩
• 申請（專利權）人: 北京林業大學
• 主分類號: G01N1/08
• 分類號: G01N1/08;G01N1/30;G01N33/24
• 代理公司: 北京超凡志成知識產權代理事務所(普通合伙)11371
• 代理人: 畢強

技術領域

本發明涉及土壤含水量測定技術領域，尤其是涉及一種土壤飽和含水量的測定裝置。

背景技術

在水資源的形成、轉化與消耗過程中,土壤水是不可缺少的成分；在植物生態系統中,土壤水是農業和生態環境中各種植被賴以生存的基礎；從生態系統的組成結構來看，土壤水是維持陸地生態系統營養鏈的紐帶，具有重要的資源價值，也是世界上使用最為方便的淡水資源。土壤水在土壤中受到各種力的作用，由于各種力的不同作用，土壤水形成了具有不同水分物理特性的吸濕水、膜狀水、毛管水及重力水。目前，用來描述土壤水的指標主要包括基于形態學特征的含水量指標以及基于能量學觀點的水勢指標。其中，飽和含水量是指土壤的孔隙全部充滿水時土壤的含水量。從能量學觀點來看，此時土壤水吸力的pF值等于零；從形態水分來看，此時它包含了土壤中所有的吸濕水、薄膜水、毛管水及重力水，因此，飽和含水量可以表征土壤的最大持水能力，常用來反應土壤的水源涵養功能。若需了解土壤的儲水性能，則需對土壤的飽和含水量進行測定。

測定土壤飽和含水量的方法有兩種，一種是依據土壤總孔隙度進行測定，這一方法的原理依據為：土壤飽和含水量是水充滿土壤的孔隙時其所占的體積大小，該體積大小與土壤總孔隙度的含義一致。在計算方式上，土壤總孔隙度的數值可通過土壤密度及土粒密度獲得。在實際操作中，土壤密度一般通過環刀法對原狀土壤進行采集并測定而獲得，土粒密度取為常數，一般采用2.65。然而，由于不同土壤成分存在差異，土粒密度采用統一的常數，在計算土壤孔隙度時，勢必存在相應的誤差。具體地，在飽和水和毛管水的測定和計算中，不能忽略束縛水所占的重量，土壤中束縛水的密度大于lg/cm³,在貼近土粒處可高達1.7g/cm³，按平均量計算，1g束縛水占據的體積為0.776cm³。因此,飽和水的克數不能視為毫升數，若將該克數視為毫升數,則總孔隙度和毛管孔隙度的測定將存在不可接受的誤差,并且，測定值高于實際值。若直接把土壤總孔隙度看作土壤飽和含水量，則相當于將土壤水看作自由水，而實際上，在土壤總孔隙中，由于基膜存在吸力，會有更多的水占據總孔隙的空間。因此，利用土壤總孔隙度來代替土壤飽和含水量，所獲得的測定結果有偏小的趨勢。綜上，由于土壤水吸力受土壤粘粒及有機質的影響較大，在測定土壤飽和含水量時需考慮土壤的特殊性質。

因此，現有技術中，經常采用另一種方法對土壤水的飽和含水量進行測定，該方法是對原狀土壤進行浸水處理，用烘干法直接測定。具體步驟如下：首先使用環刀進行土壤取樣，待取出環刀后，小心地進行修整，切除多余的部分并補滿殘缺部分，蓋好環刀的上蓋及裝有濾紙的下蓋，該下蓋上開設有通孔。測定時，去掉環刀的上蓋，將帶有下蓋的環刀放入高度大于10cm的塑料盒中，小心加水至環刀高度的1/3處，待水分升至土壤表層后，再加水至環刀上沿處，水通過底部濾紙進入環刀中的土壤，環刀內的土壤逐漸充滿水，維持24小時或更長時間(根據研究的土質情況確定)，待環刀土樣充分浸水后，小心將其取出，擦除外圍的水分。進行浸水處理后，可將環刀直接稱重后放入干砂表面，也可以直接取樣測定環刀中土壤的水分含量。對于直接測定環刀內土壤飽和含水量，一般是取其一部分進行烘干。具體的過程為：稱取空鋁盒總重，記為W0；將進過浸水處理的環刀小心取出后，從環刀中取其中部分土樣，放入鋁盒中，并在天平上進行稱量，記為W1；將鋁盒蓋半掩在鋁盒上，將其放入105℃烘箱中，待烘干8-12h或達到恒重后，將鋁盒取出蓋好鋁盒，放入干燥器冷卻至室溫并再次進行稱量，記重W2，根據失水在土壤烘干中的比例進行計算，公式為：待測土樣飽和含水量(C)％＝(W1-W2)/(W2-W0)×100％。

上述利用浸水法測定土壤飽和含水量的過程中，存在以下不足之處：

一、環刀內土壤存在部分損失的問題

理想狀況下，水應該只從環刀下蓋的通孔進入環刀內部，而下蓋內部的濾紙則會阻擋內部土壤漏出環刀；而實際操作中，由于環刀下蓋與環刀的接觸并不緊密，尤其是粘土質土壤，會在浸泡過程中從下蓋與環刀的縫隙中部分流出；另外，人工向水箱加水過程中，過快或角度不好都會造成水飛濺入環刀，存在將環刀中土樣沖出的現象。

二、難以始終保持環刀土面與水位一致